Degradacja hydrolityczna rusztowań komórkowych formowanych z terpolimerów; L-laktydu, glikolidu i TMC, oraz L-laktydu, glikolidu i ε-kaprolaktonu

• Autorzy: Kot M. , Wawryło L. , Rychter P. , Prochwicz W. , Smola A. , Dobrzyński P.

Warianty tytułu

EN

Hydrolytic degradation of biodegradable scaffolds based on L-lactide/ glycolide/TMC and L-lactide/ glycolide/ε-caprolactone terpolymers

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Głównym celem prezentowanej pracy było zbadanie przebiegu degradacji hydrolitycznej porowatych rusztowań komórkowych wykonanych z bioresorbowalnych terpolimerów z pamięcią kształtu; L-laktydu, glikolidu i węglanu trimetylenu, oraz L-laktydu, glikolidu i ε-kaprolaktonu. W trakcie prowadzonej hydrolizy odnotowywano spadki masy i średnich mas cząsteczkowych, oraz niewielkie zmiany chłonności wody badanych materiałów. Za pomocą mikroskopii skaningowej (SEM) śledzono zmiany morfologii powierzchni rusztowań zachodzące podczas prowadzonej degradacji in vitro. Przeprowadzone badania wykazały, że podłoża komórkowe formowane z terpolimerów L-LA/GA/ o-TMC i L-LA/GA/ε-CL ulegają stopniowej degradacji hydrolitycznej, a udział enzymu – lipazy wyraźnie przyspieszał ten proces zwłaszcza w wypadku rusztowania formowanego z kopolimeru zawierającego mikrobloki węglanowe. Najniższy ubytek masy odnotowano dla próbki zawierającej jednostki węglanowe, wynosił on około 10% masy wyjściowej rusztowań po 112 dniach, a w wypadku obecności lipazy masa tego materiału była niższa o ponad 24%. Wysoki stopień porowatości otrzymanych rusztowań, a co za tym idzie ich duża powierzchnia właściwa powoduje, że materiały te podatne są w znacznie większym stopniu na degradację enzymatyczną, niż podobne lite materiały wykonane z tych samych terpolimerów. Spadek liczbowo średniej masy cząsteczkowej był obserwowany w przypadku obu rodzajów terpolimerów, jednak dla terpolimeru z jednostkami kaproilowymi był on wyraźnie większy (po 112 dniach z około 40 tys. g/mol do około 2 tys. g/ mol). Warte uwagi jest to, że stopień degradacji próbek wykonanych z terpolimeru L-LA/GA/o-TMC, podczas trzech pierwszych tygodni, był stosunkowo mały, a dopiero wyraźne silne przyspieszenie tego procesu nastąpiło po 30 dniach. W przypadku degradacji prowadzonej w obecności lipazy zanotowano w czasie 112 dni spadek liczbowo średniej masy cząsteczkowej tego materiału z około 40 tys. g/mol do 9 tys. g/mol. Z punktu widzenia inżynierii tkankowej powolny proces degradacji terpolimeru L-LA/GA/o-TMC w ciągu pierwszych dwóch - trzech tygodni jest bardzo korzystny, ponieważ komórki mają wystarczająco dużo czasu na migrację, adhezję i namnażanie.

EN

The main aim of this work was to check the degradation course of polymeric scaffolds in medium with and without of enzyme - pancreatic lipase. Based on the conducted degradation studies the usefulness of the formed scaffolds was confirmed. Scaffolds have been prepared using two types of terpolymers varying in composition: L-lactide, glycolide, trimethylene carbonate, and L-lactide, glycolide and ε-caprolactone. The weight loss, water absorption, molecular weight distribution (by GPC) as well as changes in surface morphology using SEM during degradation process have been evaluated. The results have proved the degradation process of scaffolds, both in the hydrolytic and enzymatic ways has been occurred. Addition of an enzyme - lipase facilitates the degradation process of the samples, especially those containing carbonate segments. High porosity of the scaffolds and their huge specific surface area make these materials more susceptible to degradation as compared to solid materials i.e. blown, extruded polymers. Decrease in the number average molecular weight was observed in the case of both degraded scaffolds; however in that containing caproyl units it was higher. It is worth noting, that degradation rate of sample L-LA/GA/o-TMC during first three weeks is quite slow showing almost the same behaviour for both enzymatic and hydrolytic degradation. From the tissue engineering point of view the slow degradation process of the terpolymer L-LA/GA/o-TMC during first two - three weeks is very promising because cells would have enough time for migration, adhesion and proliferation.

Słowa kluczowe

PL

terpolimery; inżynieria tkankowa; rusztowania komórkowe; polimery biodegradowalne; degradacja polimerów

EN

terpolymers; tissue engineering; cell scaffolds; biodegradable polymers; polymer degradation

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 18, no. 130
• Strony: 10--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Kot M.

• Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, ul. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa

autor

Wawryło L.

• Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, ul. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa

autor

Rychter P.

• Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, ul. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa
• Institute of Polymers Bulgarian Academy Sciences Acad. G. Bonchev Str., block 103-A, BG - 1113 Sofia, Bułgaria

autor

Prochwicz W.

• Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, ul. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa

autor

Smola A.

• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN w Zabrzu, ul. M. Curie-Skłodowskiej 34, 41-819 Zabrze

autor

Dobrzyński P.

• Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie, ul. Armii Krajowej 13/15, 42-200 Częstochowa
• Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN w Zabrzu, ul. M. Curie-Skłodowskiej 34, 41-819 Zabrze

Bibliografia

• [1] Grolik M.M., Fiejdasz S.: Materiały dla inżynierii tkankowej. Majówka Młodych Biomechaników, Ustroń (2008)
• [2] Chan B.P., Leog K.W.: Scaffolding in tissue engineering: general approaches and tissue-specific considerations, Review, Eur Spine J 17(4) (2008) S467-S479.
• [3] Kaźnica A., Joachimiak R., Drewa T., Rawo T., Dreszczyński J.: Nowe trendy w inżynierii tkankowej. Artroskopia i Chirurgia Stawów 3 (2007) 11-16.
• [4] Albertsson A.C., Eklund M.: Influence of molecular structure on the degradation mechanism of degradable polymers: In vitro degradation of poly(trimethylene carbonate), poly(trimethylene carbonate-co-caprolactone), and poly(adipic anhydride). J. Appl. Polym. Sci. 57 (1995) 87-103.
• [5] Dobrzyński P., Kasperczyk J., Janeczek H., Bero M.: Synthesis of Biodegradable Copolymers with the Use of Low Toxic Zirconium Compounds. 1. Copolymerization of Glycolide with t-Lactide Initiated by Zr(Acac)4. Macromolecules 34 (2001) 5090-5098.
• [6] Smola A., Pastusiak M., Dobrzyński P., Kasperczyk J., Sobota M.: New semicrystalline bioresorbable materials with shape-memory properties. Inżynieria Biomateriałów / Engineering of Biomaterials 89-91 (2009) 82-87.
• [7] Smola A., Dobrzynski P., Cristea M., Kasperczyk J., Sobota M., Gebarowska K., Janeczek H.: Bioresorbable terpolymers based on L-lactide, glycolide and trimethylene carbonate with shape memory behaviour. Polymer Chemistry 5 (2014) 2442-2452.
• [8] Dobrzynski P.: Synthesis of biodegradable copolymers with low-toxicity zirconium compounds. III. Synthesis and chain-microstructure analysis of terpolymer obtained from L-lactide, glycolide, and ϵ-caprolactone initiated by zirconium(IV) acetylacetonate. J. Polym. Sci. Part. A 40 (2002) 3129-3143.
• [9] Hu Y., He Y., Wei J., Fan Z., Dobrzyński P., Kasperczyk J., Bero M., Li S.: Hydrolytic Degradation of Glycolide/L-Lactide/ε–Caprolactone Terpolymers Initiated by Zirconium(IV) Acetylacetonate. J. Appl. Polym. Sci. 103 (2007) 2451-2456.
• [10] Jaros A., Gębarowska K., Stojko J., Kasperczyk J., Smola A.: Badania mechanizmu degradacji in vivo terpolimerów z pamięcią kształtu. Inżynieria Biomateriałów / Engineering of Biomaterials 106-108 (2011) 79-84.

Uwagi

PL

Pracę wykonano w ramach realizacji projektu badawczego NCN 2011/01/B/ST5/06296 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki.